JPH09166508A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検出圧力範囲が大きく、なおかつ、微小圧
力を検出可能な静電容量型圧力センサを提供すること。 【解決手段】 ガラス基板上に第１、第２の固定電極２
１，２２の二つの電極を形成し、ダイアフラム部１１の
電極と前記第１の固定電極２１とで構成されるコンデン
サを感圧コンデンサとして使用すると共に、前記ダイア
フラム部１１の電極と前記第２の固定電極２２とで構成
されるコンデンサをダイアフラムを可動するための電圧
印加電極として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対向した電極面の
静電容量の変化により圧力を検出する静電容量型圧力セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の静電容量型圧力センサとして、
一般に、図２に示す圧力センサが知られている。

【０００３】図２に示すように、従来の静電容量型圧力
センサは、シリコン基板１０には圧力に応じて変形する
ダイアフラム部１１が形成され、ガラス基板２０上には
第１の固定電極２１が形成されている。シリコン基板１
０とガラス基板２０とは、その一部において接合されて
おり、これによって、ダイアフラム部１１の下側には、
キャビティー部１２が形成される。

【０００４】これらのシリコン基板１０及びガラス基板
２０によって、センサチップ３０が構成され、センサチ
ップ３０は、ガラス基板２０によって下部封止筺体４１
上に接着されている。又、センサチップ３０が配置され
た下部封止筺体４１に大気圧を導入するため、又は被測
定圧力と比較する圧力を導入するための通路となる貫通
孔４２が形成されている。

【０００５】そして、下部封止筺体４１と、被測定圧力
導入のための圧力導入路４４を設けた上部封止筺体４３
とは、超音波溶着によってシールされている。

【０００６】図２の静電容量型圧力センサでは、ダイア
フラム部１１に圧力が加わると、圧力の大きさに応じ
て、ダイアフラム部１１が変形する。ダイアフラム部１
１の変形によって、可動電極１３と固定電極２１との間
のギャップが変化することになる。ここで、可動電極１
３と固定電極２１との間には、ｃ＝ξ（Ａ／ｄ）の関係
がある。この式において、ｃ：静電容量、ξ：空気の誘
電率、Ａ：電極面積、ｄ：電極間ギャップである。

【０００７】従って、電極間ギャップの変化によって、
静電容量が変化することにより、更に、圧力と電極間ギ
ャップとの間には、一定の関係があるから、静電容量を
検出することによって、圧力を知ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量型圧力
センサでは、微小圧力を検出する場合には、前記ダイア
フラムの厚さを小さくし、ダイアフラムの変位量を大き
くする必要がある。その場合に、被検出圧力の範囲が大
きい場合には、前記ダイアフラムの変位量が大きくな
り、前記電極ギャップ間の変化による静電容量の逆数特
性の直線性を低下させるために、被検出圧力の範囲が制
限される欠点を有していた。

【０００９】本発明の課題は、被検出圧力範囲が大き
く、なおかつ、微小圧力を検出可能な静電容量型圧力セ
ンサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、電極部が形成
されたガラス基板と、圧力に応じて変形するダイアフラ
ム部が形成されたシリコン基板を有し、前記ダイアフラ
ム部と前記電極部とがギャップをおいて互いに対向する
関係となるように前記ガラス基板とシリコン基板とを接
合したセンサチップを形成する。前記ダイアフラム部に
加わる圧力に応じて前記ギャップの幅が変化し、前記ダ
イアフラム部に形成された電極と前記電極部との間の静
電容量を変化させる。このことによって、前記圧力を検
出する静電容量型圧力センサであって、前記ガラス基板
上に第１、第２の固定電極を形成し、前記ダイアフラム
部の電極と前記第１の固定電極とで構成されるコンデン
サを感圧コンデンサとして使用すると共に、前記ダイア
フラム部の電極と前記第２の固定電極とで構成されるコ
ンデンサをダイアフラムを可動するための電圧印加電極
として使用する静電容量型圧力センサとするものであ
る。

【００１１】本発明の静電容量型圧力センサによれば、
被検出圧力に応じて変位したダイアフラムの変位量を感
圧コンデンサ電極で検出し、前記ダイアフラムの変位量
をゼロになるように、電圧印加電極に電圧を印加し、常
に前記ダイアフラムの変位量を十分小さく抑制すること
ができる。つまり、被測定圧力が大きい場合にも、前記
ダイアフラムの変位量が小さく、前記電極ギャップ間の
変化による静電容量の逆数特性において、直線性の良好
な出力特性を得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の静電容量型圧力
センサについて、図面に基づき説明する。

【００１３】図１は、本発明の静電容量型圧力センサの
断面図とブロック図である。

【００１４】図１に示すように、本発明の静電容量型圧
力センサは、シリコン基板１０には、圧力に応じて変形
するダイアフラム部１１が形成され、このダイアフラム
部１１上に、可動電極１３が形成されている。

【００１５】ガラス基板２０上には、第１の固定電極２
１、及び第２の固定電極２２が形成されている。シリコ
ン基板１０とガラス基板２０とは、その一部において接
合されており、これによって、ダイアフラム部１１の下
側には、キャビティー部１２が形成されている。

【００１６】これらシリコン基板１０及びガラス基板２
０によって、センサチップ３０が構成され、センサチッ
プ３０は、ガラス基板２０によって、下部封止筺体４１
上に接着されている。

【００１７】又、下部封止筺体４１に、大気圧導入のた
め、又は被測定圧力と比較する圧力を導入するための通
路となる貫通孔４２が形成されている。

【００１８】又、下部封止筺体４１と被測定圧力導入の
ための圧力導入路４４を設けた上部封止筺体４３とは、
超音波溶着によってシールされる。

【００１９】前記圧力導入路４４より被測定圧力が導入
されると、前記ダイアフラム部１１が変位し、前記可動
電極１３と前記第１の固定電極２１とで構成される感圧
コンデンサの静電容量が変化する。

【００２０】この静電容量の変位量を容量検出器５１で
電圧に変換し、増幅器５２、インバータ５３を経て、前
記第２の固定電極２２に、フィードバック制御的に印加
されている。

【００２１】従って、被測定圧力に応じて前記可動電極
１３が変位しようとすると、処理回路によって、変位量
をゼロにするように、第２の固定電極２２と可動電極１
３間に電圧が印加される。この印加電圧を増幅器５４を
経て、出力電圧として取り出す。この電圧が、印加圧力
に対応した出力となる。

【００２２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、被検出圧力範囲が大きく、なおかつ、微小圧力を検
出可能な静電容量型圧力センサを提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電容量型圧力センサの一実施例を示
す断面図及びブロック図。

【図２】従来の静電容量型圧力センサの構造例を示す断
面図。

【符号の説明】

１０ シリコン基板 １１ ダイアフラム部 １２ キャビティー部 １３ 可動電極 ２０ ガラス基板 ２１ （第１の）固定電極 ２２ 第２の固定電極 ３０ センサチップ ４１ 下部封止筺体 ４２ 貫通孔 ４３ 上部封止筺体 ４４ 圧力導入路 ５１ 容量検出器 ５２ 増幅器 ５３ インバータ ５４ 増幅器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極部が形成されたガラス基板と、圧力
   に応じて変形するダイアフラム部が形成されたシリコン
   基板を有し、前記ダイアフラム部と前記電極部とがギャ
   ップをおいて互いに対向する関係となるように前記ガラ
   ス基板とシリコン基板とを接合したセンサチップを形成
   し、前記ダイアフラム部に加わる圧力に応じて前記ギャ
   ップの幅を変化させて、該ギャップの幅の変化による前
   記ダイアフラム部に形成された電極と前記電極部との間
   の静電容量の変化によって、前記圧力を検出する静電容
   量型圧力センサにおいて、前記ガラス基板上に第１、第
   ２の固定電極を形成し、前記ダイアフラム部の電極と前
   記第１の固定電極とで構成されるコンデンサを感圧コン
   デンサとして使用すると共に、前記ダイアフラム部の電
   極と前記第２の固定電極とで構成されるコンデンサをダ
   イアフラムを可動するための電圧印加電極として使用す
   ることを特徴とする静電容量型圧力センサ。